This work presents the coupling between two different formulations applied to flow simulation and analysis of wind rotors, integral and differential formulations. First, for the integral formulation is defined a control volume where the variables problem are defined, as well as the necessaries working hypothesis, then a proposed mathematical modeling is defined. Simulations through NACA airfoils, using Computational Dynamic Fluids, are performed in order to evaluate drag and lift coefficients, to be used in the integral formulation. The Navier-Stokes equations are solved in house and the Smagorinsky turbulence model with Van Driest damping function is retained. The computational code is implemented with structured cartesian mesh, where the airfoil is modeled using the Immersed Boundary Methodology. The results of simulation through a NACA0012 airfoil are shown for several attack angles and Re = 10000. Results of energetic efficiency are presented for a horizontal axis wind turbine using the integral formulation, where the coefficients are given by differential formulations. / Este trabalho apresenta o acoplamento entre as duas formulações diferentes aplicadas à simulação do escoamento e análise de rotores eólicos, formulações integral e diferencial. Primeiramente para a formulação integral é definido um volume de controle onde as variáveis do problema são definidas, bem como as hipóteses simplificadoras necessárias, para então ser proposta uma modelagem matemática. Simulações do escoamento em aerofólios NACA, utilizando Dinâmica dos Fluidos Computacional, são realizadas a fim de determinar os coeficientes de arrasto e sustentação, os quais foram utilizados na formulação integral. As equações de Navier-Stokes são resolvidas em um código computacional e o modelo de turbulência de Smagorinsky com função de amortecimento de Van Driest é utilizado. O código computacional é implementado com uma malha cartesiana estruturada, e o aerofólio é modelado utilizando a Metodologia da Fronteira Imersa. Os resultados da simulação através de um aerofólio NACA0012 são mostrados para vários ângulos de ataque e Re = 10000. Os resultados de eficiência energética são apresentados para uma turbina eólica de eixo horizontal utilizando a formulação integral, onde os coeficientes são dados pelas formulações diferenciais. / Mestre em Engenharia Mecânica

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-10-16T18:57:36Z No. of bitstreams: 1 HELEN LIRA HENRIQUES TORRES - DISSERTAÇÃO PPGEA 2003..pdf: 11290763 bytes, checksum: 200e011460ce948739e83b910908e71b (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-16T18:57:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 HELEN LIRA HENRIQUES TORRES - DISSERTAÇÃO PPGEA 2003..pdf: 11290763 bytes, checksum: 200e011460ce948739e83b910908e71b (MD5) Previous issue date: 2003-09-15 / O presente trabalho teve como objetivos: 1) determinar as características físicas (tamanho, forma, volume, massa especifica, porosidade, esfericidade e área projetada) dos grãos de feijão variedade "carioquinha", milho variedade "pé-de-boi" e soja variedade "Foscarini" e 2) determinar os parâmetros aerodinâmicos: velocidade terminal, coeficiente de arraste e efeito de parede dos grãos quando submetidos à queda em coluna vertical de secção cilíndrica com diâmetros de 20, 30, 40, 50 e 60 mm e também de secção quadrada com lados de iguais dimensões. Para determinação das características físicas foram utilizados os métodos descritos por MOHSENIN (1978) e para determinação dos parâmetros aerodinâmicos foi construído um equipamento composto por ventilador de ciclo contínuo, com potência de 1 hp; 3.600 rpm e um terminal para substituição das colunas de queda verticais, todas com lm de altura em que a velocidade terminal era medida com o auxílio de um anemómetro. Diante dos resultados obtidos pode-se concluir que: a) nenhuma das equações citadas na literatura oferece boa aproximação aos dados experimentais da velocidade terminal obtidas para feijão e milho; b) a equação citada por Mohsenin oferece uma boa aproximação dos dados experimentais de velocidade terminal para soja; c) a equação dada por Massarani é a que mais se aproxima dos valores experimentais de feijão e milho, mas reduz muito as diferenças relativas entre as velocidades dos diferentes tipos de grãos e por isto seu uso é inadequado para fins de seleção e demais fases de processamento que solicitem precisão; d) a velocidade terminal em queda livre foi conseguida apenas na coluna de secção quadrada de 60 mm de diâmetro para feijão e soja; e) para os parâmetros estudados não se pode afirmar que tenha se obtido velocidade terminal do milho em queda livre sendo evidenciado o efeito de parede, inclusive para a determinação da velocidade terminal na coluna de secção quadrada de 60 mm; f) entre todas as colunas testadas, para todos o tamanhos e tipos de grãos, obteve-se maior velocidade terminal com a colima de secção quadrada; g) existe uma tendência à estabilização do coeficiente de arraste de todos os produtos a partir da dimensão de 50 mm, principalmente na secção quadrada e mais particularmente para a soja; h) apenas para soja obteve-se coeficiente de arraste (0,42) típico do regime de Newton, muito próximo do Cu para esfera (0,44) nessa região de transporte; i) o grão de milho, quando submetido a fluxo de ar em colunas cuja relação P (Dp /Dc) > 0,3520, muda sua orientação, passando a adotar uma posição cuja menor área projetada permanece perpendicular à direção do fluxo; j) para se obter a velocidade terminal em queda livre de produtos com fator de esfericidade na faixa estudada (0,60 a 0,9) o valor de P deve ser menor do que 0,1173; k) as cartas existentes na literatura para o cálculo do coeficiente de arraste feito com base nas características físicas, atribuem coeficientes de arraste típicos da região transiente com alguns deles na região de Stokes. Porém, tem-se para esses produtos valores de velocidades bem superiores a lm s"; 1) as equações e cartas existentes na literatura para expressar o transporte de partículas não são adequadas ao estudo de transporte e seleção de grãos. / The present work had as objectives: 1) to determine the physical characteristics (size, form, volume, density, porosity, sphericity and projected area) of the grains of bean variety "carioquinha", corn variety "pe-de-boi" and soybean variety "Foscarini" and 2) to determine the aerodynamic parameters: terminal speed, drag coefficient and effect of wall of the grains submitted to the fall in vertical column of cylindrical section with diameter of 20, 30, 40, 50 and 60 mm and also of square section with sides of same dimensions. For determination of the physical characteristics the methods described by MOHSENIN (1978) were used and for determination of the aerodynamic parameters an equipment was built composed by fan of continuous cycle, motor with 1 hp of potency;. 3600 rpm and a terminal for substitution of the vertical fall columns, all with 1m of height, where the terminal speed was measured with an anemometer. According the results obtained it was concluded that: a) none of the equations mentioned in the literature offers good approach to the experimental data of the terminal speed obtained for bean and com; b) the equation mentioned by Mohsenin offers a good approach of the experimental data of terminal speed for soybean; c) the equation given by Massarani is the one that more approaches of the experimental values of bean and corn, but it reduces the relative differences among the speeds of the different types of grains and for this reason to use it is inadequate for selection finality and other processing phases that request precision; d) the terminal speed in free fall was obtained in the column of square section of 60 mm of diameter for bean and soybean; e) for the studied parameters it cannot affirm that the terminal speed of the corn in free fall was reached, being evidenced the wall effect, including for the determination of the terminal speed in the column of square section of 60 mm; f) among all the tested columns, for all the sizes and types of grains, it was obtained larger terminal speed with the column of square section; g) there is a stabilization tendency of the drag coefficient of all the products starting from the dimensions of 50 mm, mainly in the square section and more particularly for the soybean; h) only for soybean it was obtained drag coefficient (0.42) typical of Newton's regime, very close of die Cn for sphere (0.44) in that transport area; i) the corn grain, when submitted to flow of air in columns whose relationship (Dp/Dc) > 0.3520, it changes your orientation, starting to adopt a position whose smaller projected area remains perpendicular to the direction of the flow; j) to obtain the terminal speed in fall free from products with spherecity factor in the studied range (0.60 to 0.90) the (3 value it should be smaller than 0.1173; k) the diagrams in the literature for the calculation of the drag coefficient done base on the physical characteristics, attribute coefficients typical of die transient region, some of them in the Stokes' region. However, for those products there are values very superior to 1 m s"'; 1) the equations and existent diagrams in the literature, to express the transport of particles are not appropriate to the transport and selection of grains studies.